CN206132831U - 光探测器高端电流检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光电子器件技术领域，具体公开了一种光探测器高端电流检测电路，其包括一电源电压设定模块，还包括两端分别与电源电压设定单元及一待测PD电性连接的电阻网络，该电阻网络两端还与一差分电压放大模块电性连接；所述电阻网络内包括数个阻值按级数分布的电阻，以及对电阻网络内电阻进行选通控制的自动换挡控制器。本实用新型能增加PD小电流的检测范围，达到一纳安到十毫安之间的电流检测范围，且能保证电流检测结果在整个检测范围都具有较高的检测精度；同时，其成本较低，适用于工业化大规模推广使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电子器件技术领域，尤其涉及一种对光探测器(PD)电流进行检测的电路。
背景技术
光探测器，又名“光检测器”，是光接收机的首要部分，是光纤传感器构成的一个重要部分，它的性能指标将直接影响传感器的性能。光探测器的用途广泛，通常需要对它的电流特性进行检测，检测范围通常需要达到1nA到10mA的范围。随着对PD电流检测需求越来越常见，检测要求也越来越高。现有技术中常用源表可以实现这个功能，但其价格较高约1万美金左右。
相对动辄上万美元的仪表，PD高端电流检测电路也可以实现PD电流的检测功能，且其价格相对便宜很多，也更容易集成其它功能。现有较常见的PD高端电流检测方案为镜像电流源加放大器或对数放大器作为检测电路。这种方案的小电流检测范围有限制，主要受限于镜像电流源器件的截止电流为十几纳安的影响，不能准确检测一纳安的电流。因此亟需要一种PD电流检测范围广且价格低廉的检测电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提出一种光探测器高端电流检测电路，其能增加PD小电流的检测范围，增加PD电流的检测精度。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种光探测器高端电流检测电路，其包括：一电源电压设定模块，还包括两端分别与电源电压设定单元及一待测PD电性连接的电阻网络，该电阻网络两端还与一差分电压放大模块电性连接；所述电阻网络内包括数个阻值按级数分布的电阻，以及对电阻网络内数个电阻进行选通控制的自动换挡控制器。
其中，所述电源电压设定模块内包括一偏压控制器，该偏压控制器的输出端与电阻网络一端电性连接。
具体的，所述待测PD的负极与电阻网络电性连接，该待测PD的正极可以直接接地或与一跨阻放大器电性连接。
再者，所述电阻网络内包括数个已知阻值的电阻，以及选通该数个电阻之一的自动换挡控制器。
可选择的，所述电阻网络内包括8个阻值按级数分布的电阻，以及一8选1自动换挡控制器。
进一步地，所述差分电压放大模块还与一采样校准模块电性连接。
本实用新型中，所述差分电压放大模块内包括有差分放大器，该差分放大器的输入端连接到电阻网络的两端，该差分放大器的输出端与采样校准模块电性连接。
具体的，所述采样校准模块内包括有与差分放大器的输出端电性连接的模数转换电路，以及与模数转换电路电性连接的微控制器。
本实用新型的光探测器高端电流检测电路，其能增加PD小电流的检测范围，达到一纳安到十毫安之间的电流检测范围，且能保证电流检测结果在整个检测范围都具有较高的检测精度；同时，其成本较低，适用于工业化大规模推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型光探测器高端电流检测电路一种具体实施例的模块框图；
图2为本实用新型光探测器高端电流检测电路一种具体实施例的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、2所示，本实用新型提供一种光探测器高端电流检测电路，其包括：一电源电压设定模块10，还包括两端分别与电源电压设定单元10及一待测PD20电性连接的电阻网络30，该电阻网络30两端还与一差分电压放大模块40电性连接；所述电阻网络30内包括数个阻值按级数分布的电阻，以及对电阻网络30内数个电阻进行选通控制的自动换挡控制器32。本实用新型的PD高端电流检测电路原理为给待测PD20加上需要的偏置电压，通过检测待测PD20上电流I流过的已知串联电阻R两端的电压差U，经过公式I＝U/R计算后得到流过待测PD20电流I。具体的，其首先接受偏压设置，通过电源电压设定模块10放大稳压后输出需要的偏置电压，经过电阻网络30后提供给待测PD20。电阻网络30部分包括数个已知阻值的电阻，和选通这数个电阻之一的自动换挡控制器32。这数个电阻的阻值按级数分布，当流过该选通电阻的电流变化时，通过自动换挡控制器32判断选择合适的电阻可以实现不同电流数值级别在电阻两端的电压差基本相同，从而保证整个电流检测范围里检测结果达到相同的检测精度。差分电压放大模块40将电阻网络30两端较小的电压差信号提取并放大，经过压缩滤波后输出。
作为本实用新型的一种具体实施例，所述电源电压设定模块10内包括一偏压控制器12，该偏压控制器12的输出端与电阻网络30一端电性连接，该偏压控制器12接受偏压设置，为待测PD20提供所需的偏置电压。
本实用新型中，所述待测PD20的负极通过负极路径与电阻网络30电性连接，该待测PD20的正极可以直接接地或与一跨阻放大器(TIA：Transimpedance Amplifier)的输入端电性连接。
特别地，本实用新型中的电阻网络30内包括数个已知阻值的电阻，以及选通该数个电阻之一的自动换挡控制器32。该自动换挡控制器32具有低漏电流特性，所选用漏电流为十皮安左右。作为本实用新型的一种可选择性实施例，所述电阻网络30内包括8个阻值按近似级数分布的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，以及一8选1自动换挡控制器32。该自动换挡控制器32的换挡原则为条件控制，控制条件为差分电压放大模块40的输出电压值，需要判断这个电压值是否在一个预先设定的范围之内，当大于这个范围的上限时，断开当前电阻的连接，然后选通比当前电阻小一个级的电阻；当小于这个范围下限时，断开当前电阻的连接，然后选通比当前电阻大一个级的电阻；若属于这个范围，则不做换挡动作。该自动换挡控制器32的换挡动作为实时控制，从而保证检测结果的实时最佳精度。
本实用新型的差分电压放大模块40内包括有差分放大器42，该差分放大器42的输入端连接到电阻网络30的两端，该差分放大器42的输出经过压缩滤波后的输出作为本实用新型光探测器高端电流检测电路的输出。在本实用新型具体实施例中，所选用的输入偏置电流为十皮安左右；差分放大器42的输入连接到电阻网络30的两端，拾取电阻网络30由于流过电流而产生的电压差，然后将这个电压差放大确定的倍数，具体放大倍数由一个和差分放大器42连接在一起的电阻的阻值确定；放大后的电压信号经过压缩滤波后作为电压输出。这个电压输出一方面作为电阻网络30的自动换挡条件，另一方面作为本电路的输出。
进一步地，作为本实用新型一种可选择的实施例，所述差分电压放大模40块后端还可以电性连接一采样校准模块50，所述差分放大器42的输出端与采样校准模块50电性连接。具体的，所述采样校准模块50内包括有与差分放大器42的输出端电性连接的模数转换电路，以及与模数转换电路电性连接的微控制器(未图示)。所述经差分放大器42的电压输出经模数转换及微控制器处理，增加校准系数，和标准电流校准设备对照校准后，可以进一步增加本实用新型电路的电流检测准确性。
本实用新型的光探测器高端电流检测电路，其最小电流检测范围受自动换挡控制器32的漏电流和差分放大器42的输入偏置电流这两部分的影响，在这里自动换挡控制器32有十皮安左右的漏电流，差分放大器42也有十皮安左右的输入偏置电流，相对一纳安的测试范围影响不大，因此本实用新型的电流检测范围最小达到一纳安是可以实现的。本实用新型的最大电流检测范围十毫安不受限制。因此本实用新型可以增加PD小电流的检测范围，达到一纳安到十毫安之间的电流检测范围。再者，通过自动换挡功能使电流检测结果在整个检测范围都具有一定的最终检测精度。同时，由于其成本较低，适用于工业化大规模推广使用。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光探测器高端电流检测电路，包括一电源电压设定模块，其特征在于，还包括两端分别与电源电压设定单元及一待测PD电性连接的电阻网络，该电阻网络两端还与一差分电压放大模块电性连接；所述电阻网络内包括数个阻值按级数分布的电阻，以及对电阻网络内数个电阻进行选通控制的自动换挡控制器。
2.如权利要求1所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述电源电压设定模块内包括一偏压控制器，该偏压控制器的输出端与电阻网络一端电性连接。
3.如权利要求2所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述待测PD的负极与电阻网络电性连接，该待测PD的正极直接接地或与一跨阻放大器电性连接。
4.如权利要求2所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述电阻网络内包括数个已知阻值的电阻，以及选通该数个电阻之一的自动换挡控制器。
5.如权利要求4所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述电阻网络内包括8个阻值按级数分布的电阻，以及一8选1自动换挡控制器。
6.如权利要求1-5任一项所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述差分电压放大模块还与一采样校准模块电性连接。
7.如权利要求6所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述差分电压放大模块内包括有差分放大器，该差分放大器的输入端连接到电阻网络的两端，该差分放大器的输出端与采样校准模块电性连接。
8.如权利要求7所述的光探测器高端电流检测电路，其特征在于，所述采样校准模块内包括有与差分放大器的输出端电性连接的模数转换电路，以及与模数转换电路电性连接的微控制器。
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| CN107643464A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-01-30 | 太仓市高泰机械有限公司 | 一种高精度微小信号电流测量模块 |
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